近年來，采用LED燈串為汽車提供LCD面板背光越來越普遍,。使用LED的好處包括快速的響應時間、更高的對比度和更低的功耗,?？刂芁ED燈串的LED驅動器一般由汽車電池供電，為簡化LED的光學和散熱設計,，每個燈串中的LED數(shù)量一般不多于6個,。對于標稱電壓為12V的電池，帶有線性穩(wěn)流器的升壓轉換器（如圖1）可實現(xiàn)此功能,。
圖1 由升壓轉換器和線性電流調節(jié)器組成的LED驅動器
冷啟動條件
在汽車應用中電池電壓會發(fā)生改變,。通常，一個12V電池,，其電壓會在9V到16V之間變化,。因此，汽車電池供電的電路在設計時均應考慮輸入電壓的變化情況,。此外,，如果考慮冷啟動條件,，對于15ms左右較短的持續(xù)時間,，最壞情況下，電池電壓將低至3V±0.2V,，如2.8V,。而后電池電壓升到6V，并持續(xù)數(shù)秒,，在數(shù)秒的上升時間內將恢復到標稱電壓范圍內,。冷啟動條件下的電池電壓曲線與之類似，但不同汽車制造商所提供的產(chǎn)品的電平和變化/持續(xù)時間會有所不同,。圖2給出了典型示例,。冷啟動可能發(fā)生在汽車負載突降及低溫環(huán)境下。盡管冷啟動持續(xù)時間不長,，但仍需確保LCD面板和安全電子部件等重要的汽車組件以保證正常運行,。
設計考量
考慮到冷啟動條件，在設計LED驅動器時需要強大的升壓轉換器,。參看圖1,，電池電壓的變化僅會影響升壓轉換器，如果升壓轉換器可以在冷啟動條件下保持輸出電壓,，那么線性穩(wěn)流器的工作就不受影響,，LED燈串的亮度也會保持不變。由于冷啟動條件下的輸入電壓值極低,，因此設計時還需要考慮一些其他因素,，包括：
圖2 典型冷啟動電池電壓曲線
升壓控制器工作范圍
理論上說,，只要沒有達到占空比的上限，升壓轉換器（而非升壓控制器）的輸入電壓可以設置的很低,，但是“升壓控制器”（通常是一個IC芯片）的工作電壓則有一個更低的下限值,。大部分升壓控制器的工作電壓不得低于3V。不過如前所述,，在冷啟動時,，最壞情況下電池電壓可以低至2.8V，令升壓控制器工作（而不是上電即可）在低輸入電壓下的常規(guī)方法是以雙電源路徑為升壓控制器供電,，包括電池電壓和升壓轉換器的輸出電壓,，通過二極管回連到升壓控制器的輸入端子（如圖3）。此類情況下,，在上電過程中“升壓控制器”由電池供電,，之后則由升壓轉換器的輸出進行供電。這樣,，只要升壓轉換器可以提供正常的輸出電壓,，輸入電壓的壓降就不會影響升壓控制器的工作。
輸入電流
LED燈串的亮度和升壓轉換器的輸出功率需要保持不變,，所以,，輸入電流會隨著輸入電壓的減小而增大。這即意味著在冷啟動條件下,，電感器和MOSFET開關的峰值電流都要遠大于正常工作下的值（當電池電壓降在標稱范圍內時）,。例如，電池電壓為3V時其輸入電流大約是12V時的4倍,。所以在選擇時,，電感器需要有更大的飽和電流，而MOSFET開關需要承受更高的導通電流,。
圖3 帶雙電源供電的升壓轉換器
熱管理
冷啟動條件下,，MOSFET開關的電流和占空比都要大于標稱工作時的值，這意味著MOSFET開關的傳導損耗會大幅增加,。盡管冷啟動條件的持續(xù)時間很短,，但MOSFET開關的溫度會大幅上升。如果MOSFET開關集成在升壓控制器IC 內,，為了使元件數(shù)量和解決方案尺寸最小化,，那么有效的散熱方案就非常重要，因為不佳的熱管理會觸發(fā)IC芯片的熱保護電路,，使LED意外斷電,。
推薦電路
圖4展示了考慮到冷啟動情況下，汽車中使用的LCD面板背光普遍采用LED驅動器的電路,，該電路使用了美國國家半導體的LM3492芯片,。該電路驅動2個LED燈串,，每個燈串都含有工作電流為100mA的6個LED。電路的標稱輸入電壓范圍為9V至16V,，標稱開關頻率為300kHz,。該電路的基本組成元素包括一個升壓轉換器和一個雙通道線性穩(wěn)流器。MOSFET開關集成在LM3492內,，實現(xiàn)了更小的方案體積,。LM3492的VIN針腳通過二極管連到輸入電壓，當電池電壓低于最低要求的4.5V時,，芯片內部連接了VIN和VOUT引腳（后者連接升壓轉換器的輸出電壓）的電路就會為LM3492供電,。這里選用了一個飽和電流為3.36A 的33μH電感器，盡管對于正常輸入電壓而言,，1A的飽和電流就已足夠,。
圖4 考慮冷啟動條件的LM3492參考設計
測量結果
圖5和圖6顯示了輸入電壓為12V（標稱值）和2.8V（冷啟動時的最壞情況）下LM3492電路的波形。表1總結了LM3492電路工作在標稱條件和冷啟動條件下的測量結果,?？梢钥吹剑词馆斎腚妷旱椭?.8V,，LED電流也保持不變,，這表示背光亮度并不受冷啟動條件影響。從圖6的波形可知,，輸入電壓為2.8V時的占空比大于90%,，同時還測量了2.61A的大輸入電流,，如表1所示,。為此，其內部MOSFET開關的功率損耗也就相對較大,。LM3492外殼上可測得90℃的溫升（標稱輸入電壓范圍下僅為30℃）,。參考表1中的效率可知，冷啟動條件下的效率會下降到56%,，盡管標稱輸入電壓范圍內的效率可高達90%,。
圖5 輸入電壓為12V時LM3492電路的波形
圖6 冷啟動條件下LM3492電路的波形
表1. 測量結果總結
結論
考慮到汽車應用中的冷啟動條件，本文介紹了一款普遍用于LCD面板背光的LED驅動器電路,。前面已經(jīng)討論了一些特殊設計考慮,，包括雙電源供電、飽和電流更高的電感器選擇和熱管理,。測量波形顯示,，LED電流并未受影響，即使輸入電壓降到2.8V時仍可保證正常工作,。在9V至16V的標稱輸入電壓下,，可以實現(xiàn)約90%的高效率,。